據(jù)外媒報(bào)道，目前，市場上的電機(jī)種類繁多，其中永磁同步電機(jī)（PMSM）具有體積小、效率高、功率因數(shù)高等關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。因而，在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高速列車和高端數(shù)控加工系統(tǒng)等領(lǐng)域，這種電機(jī)贏得了一席之地。

左：MPC與電源轉(zhuǎn)換器、變速器和電流控制系統(tǒng)的關(guān)系；右：目前MPC應(yīng)用中存在的主要問題。（圖片來源：ieee-jas.net）

為了使永磁同步電機(jī)達(dá)到預(yù)期運(yùn)行狀態(tài)，采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，與選擇電機(jī)零部件一樣重要。目前在這方面，模型預(yù)測控制（MPC）是最具吸引力的方法。簡單地說，MPC指的是使用關(guān)于需要控制的動(dòng)態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)該模型的預(yù)測來調(diào)整控制信號(hào)。通過這種方法，人們可以利用成熟的功率轉(zhuǎn)換器和傳輸系統(tǒng)模型，使PMSM在所需的約束集內(nèi)運(yùn)行。

值得一提的是，有限控制集MPC（FCS-MPC）策略，是在PMSM中實(shí)現(xiàn)MPC的最直觀、最簡單的方法之一，已成為MPC研究的熱點(diǎn)。然而，為了充分發(fā)揮永磁同步電機(jī)的潛力，仍有許多挑戰(zhàn)需要解決。

最近，中國江蘇大學(xué)孫曉東教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在英文版《自動(dòng)化學(xué)報(bào)》（IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica）上發(fā)表了一篇綜述文章。研究人員闡述了FCS-MPC的基本原理、缺點(diǎn)，以及當(dāng)前針對(duì)這些問題而開發(fā)的解決技術(shù)，還有未來的研究方向。

將FCS-MPC應(yīng)用于永磁同步電機(jī)，更突出的挑戰(zhàn)在于，與基礎(chǔ)模型預(yù)測和確定控制信號(hào)適當(dāng)值的優(yōu)化算法相關(guān)的計(jì)算復(fù)雜性和延遲。此外，FCS-MPC計(jì)算依賴于多個(gè)模型參數(shù)，這些參數(shù)必須精確設(shè)置，預(yù)測才有意義。

該文從解決這些挑戰(zhàn)和潛在解決方案入手，旨在使FCS-MPC在參數(shù)不確定性、波動(dòng)和外部干擾下更加穩(wěn)健地運(yùn)行。一些研究側(cè)重于評(píng)估可能存在的干擾，并進(jìn)行彌補(bǔ)；另一些研究則致力于通過改進(jìn)預(yù)測模型來消除參數(shù)波動(dòng)產(chǎn)生的影響，例如無參數(shù)預(yù)測模型或在線參數(shù)識(shí)別方法。

該文還介紹了在降低FCS-MPC計(jì)算負(fù)擔(dān)方面取得的最新進(jìn)展。研究人員提出，通過其他一些有吸引力的方案來提高性能，如多向量FCS-MPC策略，以補(bǔ)償由MPC計(jì)算帶來的延遲，調(diào)整應(yīng)用于系統(tǒng)必須控制的變量的權(quán)重因子，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)理念。

最后，該文概述了在永磁同步電機(jī)中應(yīng)用FCS-MPC的幾個(gè)重要研究方向。其中之一是多步控制策略，可以大大降低開關(guān)損耗，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。另外涉及推進(jìn)FCS-MPC理論的重要部分，如穩(wěn)定性分析，以及探討結(jié)合不同控制方案的新方法，以獲得更良好的性能。

孫教授表示：“最近，新的解決方法不斷涌現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與相關(guān)解決方案整合在一起，如容錯(cuò)控制和無傳感器控制。為了探討如何結(jié)合這些方案，以獲得更好的效果，還需要進(jìn)行深入的研究。”

總的來說，改進(jìn)MPC技術(shù)，有助于在給定環(huán)境下更有效地操作永磁同步電機(jī)，無論操作條件多么惡劣。反過來說，這將從各個(gè)方面轉(zhuǎn)化為社會(huì)效益。孫教授表示：“模型預(yù)測控制方法，旨在解決具有優(yōu)化要求的控制問題。隨著MPC研究的深入，人們的生活將變得更加經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)保?！?/FONT>

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